高壓并聯(lián)電抗器在特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用

高壓并聯(lián)電抗器在特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用

Summary：在電網(wǎng)的建設(shè)過程中，隨著負(fù)荷的增強其對無功的需求也相應(yīng)提高了，在高電壓或者大容量的狀態(tài)下，電網(wǎng)安裝感性無功補償裝置的根本目的就是充分發(fā)揮其對容性充電功率的補償作用，在負(fù)荷較輕的情況下運行電網(wǎng)，其具備吸收無功功率、控制無功潮流以及穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)等特點，在改善電壓質(zhì)量，提高供電效率以及降低系統(tǒng)損耗、維持輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運行方面起到了積極的作用。Keys：高壓并聯(lián)；電抗器；特高壓；電網(wǎng)；應(yīng)用；分析1導(dǎo)言我國電力系統(tǒng)正向遠(yuǎn)距離、大容量、特高壓的方向發(fā)展。通過建設(shè)具有高強度的特高壓電網(wǎng)能源傳送框架，使得清潔的電力能源能夠從我國西部和北部地區(qū)大規(guī)模傳輸運送到中東部地區(qū)的應(yīng)用環(huán)境之中，將電力能源跨流域、跨地區(qū)的遠(yuǎn)程大規(guī)模傳輸?shù)臉?gòu)建設(shè)想付諸現(xiàn)實，在協(xié)調(diào)社會能源分配比例的同時，將西部的能源儲備轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)勢，提升國家電力能源優(yōu)化配置的效率。一整套的先進特高壓設(shè)備是建立特高壓電網(wǎng)系統(tǒng)的前提，而特高壓并聯(lián)電抗器作為重要的組成部分之一，其容量要比超高壓系統(tǒng)中的并聯(lián)電抗器大得多。并聯(lián)電抗器主要用以補償線路容性無功，抑制操作過電壓;在配置中性點小電抗的情況下抑制潛供電流，以提高單相重合閘的成功率。3無功補償方式一是同步調(diào)相機。早期最常見的無功補償裝置，就非同步調(diào)相機莫屬了，其存在的重要意義就是可以起到對固定無功功率的補償作用。二是并補裝置。并補裝置包括并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器。在無功補償方面，被廣泛應(yīng)用的一種無功補償裝置就要數(shù)并聯(lián)電容器了，其在固定無功功率的補償方面起到了至關(guān)重要的作用，相較于固定電容器的補償方式，并聯(lián)電容器的電容分組投切更能夠適應(yīng)動態(tài)變化著的負(fù)載無功，但是并聯(lián)電容器并不是完美無缺的，其存在有級無功調(diào)節(jié)的特性，使得其無功平滑無級的調(diào)節(jié)是無法實現(xiàn)的。包括靜止無功補償器以及并聯(lián)電阻器在內(nèi)的感性無功補償裝置比較適合應(yīng)用在大容量、高電壓的電網(wǎng)上，在系統(tǒng)過電壓的限制方面，在容性無功功率的吸收方面，在潛供電容電流的限制方面都起到了至關(guān)重要的作用，從而大大提高重合閘的成功率。另外，在空載或者是輕載的時候，由于長線路電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高也可以由線路并聯(lián)電抗器消除，這實際上是在輕載線路當(dāng)中，對無功分工和沿線電壓起到了很好的改善作用，潛供電流減少，線損降低，潛供電弧的熄滅速度也會隨之加快，發(fā)電機自勵磁作用就會被徹底消除4容升效應(yīng)特高壓輸電線路一般距離較長，能達到數(shù)百公里。技術(shù)上通常要求采用8分裂導(dǎo)線作為特高壓電力能源傳輸?shù)木€路原材料，這就導(dǎo)致線路網(wǎng)絡(luò)上的充電容性功率較大(幾百兆乏)，過大的容性功率在通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的感性配件時，會導(dǎo)致線路末端產(chǎn)生較大的電壓。而這種線路末端電壓過高的現(xiàn)象，稱之為“容升”現(xiàn)象。在遠(yuǎn)距離電力傳送線路的首末段安裝并聯(lián)電抗器設(shè)備，能夠在補償特高壓線路中的電容電流的同時，盡可能限制工頻電壓數(shù)值的升高幅度，從而起到大大減少容升效應(yīng)的目的。當(dāng)特高壓系統(tǒng)發(fā)生切除接地故障、甩負(fù)荷或重合閘時，在工頻電壓升高的基礎(chǔ)上通常伴隨著操作過電壓的產(chǎn)生。也就說明了操作過電壓的幅值高低與工頻電壓的升高程度有著直接的關(guān)系。所以特高壓線路首末段加裝并聯(lián)電抗器后，可以大大限制工頻電壓的發(fā)展，也就導(dǎo)致了操作過電壓的幅值的降低。5潛供電流在特高壓線路故障中，當(dāng)特高壓線路出現(xiàn)單相接地的故障而瞬時斷開此相時，非故障相與故障相之間由于相間互感和相間電容的耦合作用，故障相會一直流過一定電量的接地電流，即所謂的潛供電流現(xiàn)象。該電流是以電弧的形式出現(xiàn)的，也稱潛供電弧。當(dāng)潛供電弧瞬間熄滅后，同樣由于相間電容和互感的耦合作用，在弧隙出現(xiàn)恢復(fù)電壓。潛供電流和恢復(fù)電壓的存在增加了故障點熄弧的困難，加大了單相重合閘的失敗率，從而影響特高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定。特高壓輸電線路90%以上的故障是單相瞬時接地故障，為提高供電的可靠性，單相重合閘方式得到了廣泛的應(yīng)用。為提高特高壓系統(tǒng)運行的可靠性，特高壓系統(tǒng)中常采用單相重合閘連接方式。特高壓線路相距較遠(yuǎn)，運行電壓高以及相間電容量較大的特點，一般情況下，如果在不采取補償措施的模式下，在一百公里特高壓運行線路中潛供電流可以達到七十安培左右，這就導(dǎo)致抑制更加困難。這時如果在特高壓運行線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器，并且將其中性點通過一個小電抗器接地，由于中性點小電抗器容量小而感抗值高的特性，其不僅僅可以補償線路的對地及相間電容，特別是使相間電容接近全補償，使相間阻抗接近無窮大，從而降低了潛供電流的電容分量;還可以通過增大對地阻抗，降低潛供電流的電感分量。就目前國內(nèi)研究的普遍性線路的算例顯示，只要在高壓線路首末段裝有配置中性點小電抗的并聯(lián)電抗器，就可以降低線路單相接地時產(chǎn)生的潛供電流。此時如果線路發(fā)生單相接地故障，線路保護動作跳開故障相，而同時由于線路上帶中性點小電抗的并聯(lián)電抗器的存在，可以限制甚至消除故障相的潛供電流、熄滅故障相的電弧，此時重合故障相，成功率可以大大提高。6發(fā)展沿用超高壓并聯(lián)電抗器已有的制造經(jīng)驗，特高壓并聯(lián)電抗器技術(shù)已由特變電工、西電等公司掌握，并在特高壓變電站內(nèi)大量投運使用。當(dāng)特高壓線路輸送功率較小時，并聯(lián)電抗器可以起到限制工頻過電壓的作用，但當(dāng)輸送功率增加到自然功率時，并聯(lián)電抗器不僅會大大降低線路電壓，而且其無功電流會在電力系統(tǒng)中造成額外的有功損耗，降低了全網(wǎng)的經(jīng)濟效益。因此，有科研人員提出新型并聯(lián)電抗器的概念，其能做到快速反應(yīng)且容量可調(diào)，即并聯(lián)電抗器能隨著線路傳輸功率的變化而自動平滑的調(diào)節(jié)自身的容量。與傳統(tǒng)并聯(lián)電抗器有著一定的區(qū)別，新型并聯(lián)電抗器憑借其容量可調(diào)的應(yīng)用優(yōu)勢，正常運行于小容量狀態(tài)。需要科研人員尤為注意的是，為更好的抑制潛供電流現(xiàn)象的產(chǎn)生，這種新型并聯(lián)電抗器的應(yīng)用必須擁有能夠瞬時恢復(fù)到大容量甚至全容量狀態(tài)的響應(yīng)能力。這也是可控并聯(lián)電抗器研制的難點之一。可控制新型并聯(lián)電抗器作為當(dāng)代電力系統(tǒng)中新型柔性交流輸電系統(tǒng)裝置，通過動態(tài)的能源補償方式，補償特高壓線路網(wǎng)絡(luò)中存在的容性無功功率。對原本電力系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸線路中經(jīng)常出現(xiàn)的“容升”現(xiàn)象，有著顯著的抑制作用。其既能夠降低操作過電壓、限制潛供電流，又能提高電壓穩(wěn)定水平、降低輸電損耗。這種可控制新型并聯(lián)電抗器在特高壓系統(tǒng)中前景廣闊，期待其盡快應(yīng)用于特高壓系統(tǒng)。7結(jié)論總而言之，在電力系統(tǒng)當(dāng)中，電抗器作為一種無功補償?shù)姆椒?，起到了至關(guān)重要的作用，隨著電子電力技術(shù)的進一步發(fā)展，在很大程度上改善了電力裝備和系統(tǒng)，特別是在特高壓電網(wǎng)正常運行過程中，必須充分重視高壓并聯(lián)電抗器的重要作用。Reference：[1]陳杳偉,史俊,黨德旺,付杰.高壓斷路器切除并聯(lián)電抗器過電壓的抑制研究[J].高壓電器,2021,57(09):102-108.[2]龔筱琦,譚黎軍,鄒宇星.特高壓并聯(lián)電抗器鐵軛級塊磁通分布計算方法[J].變壓器,2021,58(08):13-17.[3]朱明,黃勤清,齊用卡,周克堅,梅杰,周文,張靜.基于振動信號總離散頻譜的高壓并聯(lián)電抗器健康評估方法[J/OL].電測與儀表:1-9[2022-09-21].[4]郭佳熠.特高壓并